利用工厂夏季富余蒸汽实现车间工位送冷风

摘要：该文论述了利用工厂夏季富余蒸汽，实现车间局部送冷风的可行性和具体的方法。为在南方地区改善盛夏工人的劳动条件，提高产品质量和劳动生产率作出了有益的尝试。

关键词： 蒸汽 工位 冷风 质量 生产率

1 概述

随着社会生产力的发展和经济实力派的增强以及市场竞争日趋激烈的现实，人们对劳动环境的要求和为提高产品质量采取的措施都是罢到了一个很重要的位置。给予足够的重视和投资，使劳动者在良好的环境中工作，并在良好的环境中生产出高质量的产品。

在南方的许多自备工业锅炉的工厂，盛夏来临时都有许多富余蒸汽量，致使锅炉不能满负荷运行，增大了运行成本，降低了设备的使用寿命。而工人许多车间内的劳动作场业地又异常酷热，造成劳动者情绪变化大，给企业的生产带来了一定的影响。长安汽车有限责任公司是经国家定点的以生产SC110系列（即微型车、双排小货车和微型箱式货车）SC7080（即微型轿车）的国有大型企业，而汽车生产是一个技术密集和资金密集的产业。其中就技术密集而言，汽车工业所要求的原材料、成套装备、控制技术等都很高。同时，在汽车的总装、焊装、涂装、覆盖件的生产过程中对环境如：清洁度、环境温度都有一定要求，为达到这个目的，企业决定投资兴建工位送冷风系统，以达到改善劳动条件和充分利用富余蒸汽。

2 系统设计

2.1 问题的提出

长安汽车有限责任公司地处被称为中国三大火炉之一的重庆市嘉陵江北岸，盛夏来临时，极端最高温度平均值为39.1℃，极端最高达42℃，与人们较为理想的工作环境温度28℃相差达10℃～14℃，造成缩短有效工作时间或延长夏季休假。其次，在夏季里，劳动者工作区环境温度高，引起劳动者情绪不稳定，影响产品质量的稳定和提高。如漏焊、漏装都较平时发生的概率大。第三，因生产过程的需要，企业建有每小时提供蒸汽20吨锅炉2台（20t/h×2），在夏季其富余量为每小时7～8吨（7t/h～8t/h）。致使夏季锅炉出力浪费或开工不足。为解决上述问题，提出来了利用富余蒸汽供应能力，在主要车间实现夏季送风冷风降温。

2.2技术参数和系统方案的确定

2.2.1空调方式的选择

为解决生产过程工艺性降温和改善人们劳动、生活的环境降温，人们创造发明了冰箱、家用空调器等。而实现大面积的空气调节方式如下表2.2.1-1。

考虑各车间厂房面积较大、空间较高，发热设备较多，建（构）筑物密封较差，尤其是焊接车间，存在相当浓度的粉尘烟气，对车间的通风排烟换气有较高要求，倘若采用全室性空调，进行整体降温，则耗冷量成倍增加，势必造成投资过大，很不经济实用，故在选择空调方式时，首先就确定为局部空调（工位送冷气），既能降低投资成本、运行费用，又能满足操作岗位局部降温，改善操作者的劳动条件，同时在一定程度上还能达到有明显的分层空调的降温效果。这种空调方式非常适合现代汽车工业中的流水线作业环境，因为操作者的流动范围相对不大。针对各车间不同的生产特点，采用了不同的气流组织方式。焊接车间与总装车间采用组合式空调器集中送风方式，通过风管将冷气送至各个岗位。冲压车间因有行车经常空中作业的缘故，在厂房内不宜布置风管，故冲压车间采用立柱式风机盘管，占地面积小、易安装，每个操作岗位设一台，由水管经地沟将冷冻水送至各风机盘管进行冷热交换，降低空气温度，达到岗位送冷气之目的。该项目在方案选择和设计过程中，其原则就是在满足工艺生产要求的前提下，力争达到节能、环保、合理、实用、安全及可靠地运行。

2.2.2技术参数

局部空调（工位送风）设计技术的关键是根据人体所在工位时其射流区域范围及温度的要求，来确定每个工位的送风量和耗冷量指标。主要设计参数和技术的确定如下：

2.2.2.1工位耗冷量

根据气流组织工作图（详见2.2.2.1-1），按图形断面自由射流计算方式进行设计计算或校核有关参数。

设计计算方法：

（一）、工作地点的气流宽度（一般定为1.2米左右）

ds=f（s） ɑ-风口紊流系数

由此可计算出风口的安装高度。

风口安装时，倾斜45°，可增大辐射面积。

（二）送风口的出风速

Vo=f（vg）

Vo——送风口的出口风速

Vg——工作地点的平均风速，按规范一般性作业，可选取1.5～3.m/s

设定风口风量计算Vo，校核Vg 是否满足规范要求。

（三）送风口的出口温度

to——送风口的出口温度 21℃

tn——工作地点周围的室内温度 30℃

tg——送至工作地点处的空气平均温度 27℃

按规范确定

根据tn、tg则按；

to=f（tn·tg）

可求to。

当风口风量送风温度参数确定，则根据室外空调计算参数，就计算出每个风口的耗冷量。

各参数定义及确定：

do——送风口直径 0.165（m）

θ——射流扩散角 tgθ=3.42， α=0.081， θ=16.478°

α——送风口的紊流系数

S——送风口至工作地点的距离 1.83（m）

Vo——送风口的出口风速 7.79（m/s）

Vg——工作地点的平均风速 1.86（m/s） 按规范为1.5～3（m/s）

Vm——射流轴心风速 （m/s）

Vmg——工作地点射流轴心风速 （m/s） 3.38

to——送风口的出口温度 22℃

tn——工作地点周围的室内温度（℃）

tg——送至工作地点处的空气平均温度（℃）

按规范为：26℃～30℃

dg——射流有效工作区直径1.28（m），即断面处

室外计算（干球）温度

夏季空气调节 36.5℃

室外计算（湿球）温度

夏季空气调节 27.3℃

空气热焓 i=21.45k℃al/h

根据i-d图（详见2.2.2.2-2），空气冷却处理后其参数为：（指表冷器出风端）

温度：toˊ=to-1℃ （-1℃考虑到风管至送风口的温度）

=22℃-1℃

=21℃

相对温度：Φ=95%

空气热焓i2=14.4kcal/h

由以上参数即可确定每个风口的理论耗冷量。

Q=L×1.2（i1- i2 ）

=5076 kcal/h

考虑到漏风损失量及空调设备的效率，实际耗冷量为：

1.125×5076=5720 kcal/h

注：1位置点代表新风工况（表冷器前）

2位置点代表空气冷却处理后工况（表冷器后）

3位置点代表出风口工况

4位置点代表射流有效工作区况

2.2.2.2 各车间生产线工们及办公辅房用冷量：

（1、） 第一制冷站供冷区域

（1、1） 十万辆微车焊装线 202个工位

（1、2） 5万辆原焊装线 142个工位

（1、3） 2万辆身托焊装线 67个工位

（1、4） 冲压线 162个工位

（1.5） 车门焊装线 68个工位

（1.6） 车门线辅房 空调面积877.2㎡

（1.7） 焊装线6m跨辅房 空调面积1800㎡

（1.8） 耗冷量计算

工位耗冷量

工位总数 641个

总耗冷量 641×5720=3666520 kcal/h

辅房耗冷量

单位面积冷量170 kcal/㎡·h（平均值）

总耗冷量 170×（877.2+1800）=460478.4 kcal/h

合 计 3666520+460478.4=4126998.4kcal/h

计算制冷站主机容量时，应考虑到管道冷损（10%）和主机制冷效率为（80%）。

主机总容量 4126998.4×1.1÷0.8≈567.5×104·kcal/h

（2、） 第二制冷站供冷区域

（2.1） 十万辆总装线 274个工位

（2.2） 12m跨辅助用户 空调面积2088㎡

（2.3）工位耗冷量

274×5720=1567280 kcal/h

（2.4） 辅房耗冷量

2088×170=355000 kcal/h

（2.5） 合计：1922280 kcal/h

制冷站主机冷负荷1922280×1.1÷0.8≈264×104 kcal/h

2.2.3系统方案

主要技术参数确定后，按照工程造价性能比的观点和企业的具体情况，我们对空调冷水机组和空调系统方案进行了分析比较。

2.2.3.1 空调冷水机组

目前国内生产的冷水机组一般为普通压缩式冷水机组、溴化锂吸收式冷水机组、节能工冷水机组。这当中仅有溴化锂吸收式冷水机组是以水为制冷剂，溴化锂溶液为吸收剂，采用蒸汽或热水为能源，制取7℃～12℃的冷冻水供空调机组使用。因此，选用吸收式冷水机组。

目前，国内生产的冷水机组一般为活塞式或螺杆式压缩机冷水机组、溴化锂吸收式冷水机组、节能压缩式冷水机组。选用一般压缩式冷水机组，其主机投资、设备出力、性能调节、维护管理技术方面较溴化锂冷水机组有相对的优越性，但用电量增加，在目前电力较为紧张的情况下，申请增容较为困难。选用溴化锂冷水机组。

以蒸汽作为热动力，能解决季节用热负荷不均衡的问题，冬季生产工艺用蒸汽量大，夏季则用汽量相对减小，其富余容量完全可以提供给溴化锂主机作热动力，充分发挥热电冷联产的节能效益，既可节约大量电力，又可提高蒸汽锅炉利用率，经反复比较论证后，认为选择溴化锂主机是合理方案，它具有下列优点。

（1）、节能省电，充分利用蒸汽热能，无余热浪费，特别是热电冷联产的节能综合经济效益显著，主机电耗极少，与活塞、螺杆制冷机组相比约为2%。

（2）、不受电网停电影响，系统所用负荷仅由自备发电机提供便可满足运行要求。

（3）、满负荷运行有利于减低锅炉耗损，若锅炉在很低的负荷下运行时锅炉效率会大大下降，同时也可能引起水循环的破坏和燃烧的不稳定。

（4）、安全可靠，机组在真空情况下运行，工质无毒、无臭、无爆炸危险，不像氨、氟里昂工质，由于泄漏而造成环境污染。

（5）机组安装要求低，整个机组除小功率的屏蔽泵外，无其它运行部件，振动小、运转稳定，基本上属于静设备，噪音低。

（6）、结构简单，机组除屏蔽泵、阀门外整个机组为热交换器的组合体。

（7）、操作简单，维护保养方便，机组维护保养主要在于维持所需要真空度及缓蚀剂的含量。

（8）、负荷变化时，机组性能稳定，冷量调节范围广，可在10%～100%范围内进行冷量的无级调节。

（9）、冷水和冷却水可循环使用，对于高温冷却水不像其它形式的制冷机那样敏感，对于较高温度的冷却水，机组也能正常运行。

2.2.3.2 空调系统方案

根据企业的实际情况和生产线的性质，从表2.2.3.2-1的分析比较确定，在总装车间采用第三种集中与单元混合式空调系统方案，在焊装车门采用第一种集中式空调系统，在冲压车间采用第二种空调系统，单元式空调系数。

2.3 技术设计

2.3.1 制冷站系统设计和制冷机组的选定

为使制冷系统充分发挥效益，避免因管路系统过长造成冷量损失过大。采取完全独立的两个制冷站系统向分别的空调顺系统提供冷源。详见平面示意图2.3 1-1。为分析方便，分别绘制第一制冷站、第二制冷站的系统框图2.3.1-2和2.3.1-3。

根据2.2.1技术参数：

第一制冷站系统的总耗冷量

L总=5720kcal/h×工位总数+辅房耗冷

则有：L总=4126998.4kcal/h

故所选择制冷量为200×104kcal/h的冷水机组3台。

第二制冷站系统的总耗冷量

L总=5720kcal/h×工位总数+辅房耗冷

则有：L总=1922280kcal/h

故所选择制冷量为150×104kcal/h的冷水机组2台。

又根据2.2.2.1的分析冷水机组分别确定为：

蒸汽双效溴化锂吸收式冷水机组：SXZ6-175D和SXZ6-230D

2.3.2 空调系统设计和组合式空调器的选定

2.3.2.1 空调系统的设计

根据2.2.3.2的分析分别确定了在焊装车间采用集中式空调系统，在冲压车间采用单元式（柜式风机）；在总装车间集中与单元混合式空调系统。本空调系统属于局部空调，对于车间的大部分区域空气参数无要求，也不考虑建筑物的影响，只与送风量、空气的焓值有关，即与空调器处理前后的空气状态有关，仅满足工位降温条件的需要，且不设回风系统，采用全新方式，不计回风负荷的影响。并利用车间墙体上部玻璃户自然排风。由于焊接车间、总装车间所采用的主要是集中送风系统，并且每个系统的风量较大，送风的位置点不均衡（间距分布和数量），故在风道阻力平衡计算方面是个难点，在比较各种风道计算方法中，如《压损平均法》、《等比摩阻法》、《动压法》、《当量阻力法》、《阻力平衡法》，选择《阻力平衡法》既迅速又准确，按此法所确定该系统风管的几何尺寸，基本上能保证系统中各主支风管，各风口之间阻力损失之差值控制在15%以内。为确保空调系统和各主支风管达到阻力平衡的目的，在各分支管出口设一次调节阀，仅在调试中一次调定，不作经常调节使用。送风口采用可旋球形风口，并设置调节阀，使用者可根据舒适需要调节风量及吹风方向。

2.3.2.2 空调顺及风机盘管的技术措施

按国内各制造厂家的定型产品，其额定工况条件均按：干球温度27℃，湿球温度19℃，冷冻水进出口温度7/12℃。由于本空调系统按全新风计算冷负荷，工况条件为：干球温度36.5℃，湿球温度27℃，冷冻水进出口温度7/12℃。显然，在冷热交换计算中的对数平均温差值较大，冷量值随之增大，故选择空调设备时，按国内一般厂家的样本产品，若以风量选择，则设备供冷量不够，若按冷量选择，则风量过大。因此，无法选到现有的标准产品，必须根据实际工况对空调表冷器重新设计计算或校核，对现有的空调设备采取相应的技术改型措施。通过对表冷器的详细设计计算，重新确定表冷器结构传热面积，在保证风量不变，设备外形尺寸不变情况下，按设计要求对表冷器按非标产品进行制作，主要通过增加冷媒通断面积，提高冷水流量，并保持水侧流速不变，来保证水阻力不增加，以此来提高设备的供冷量。

3 投资分析

在项目的实施中，我们始终按照实现个转变的要求，达到最少投入最大产出、最高效益，是此次项目的重要特点。

3.1 定量分析

重庆地区盛夏气候炎热，根据重庆市1951～1980年之间的气象资料统计：

夏季空气调节 36.5℃

夏季空气调节日平均 32.5℃

夏季通风 33℃

最热月（七月）平均温度 28.6℃

极端最高温度 42.2℃

最热月相对温度日平均 76%

3.1.1 损失估算

3.1.1.1 缩短有效工作时间造成的损失

近几年来，由于气候的变化，重庆夏季的气温在35℃以上的就可持续长达20～25天。车间内的气温则更高，严重影响到职工的正常工作和设备的正常运转，造成夏季休假天数较长，有效工作时间缩短。根据统计，近年在盛夏期间损失的工作日平均达6～8天（含缩短工作时间）。如以年产10万辆微车的纲领计，则日产量为：

S1=T/MXD

式中：S1——日产量

T——年产纲领

M——全年日数

D——有效工作日（不含星期天正常休假）

S1=100000/12×21=396.8（辆/天）

如停产7天，则少生产微车396.8 ×7≈2777（辆）

如以每车辆利税按5000.00元计，则损失利税2777辆×5000.00元/辆≈1388万元。

3.1.1.2 因气候炎热导致劳动者情绪不稳定，影响产品质量带来的损失（未计）。

3.1.2 投资及运行成本估算

根据项目的初步设计，一次性投资约为3000万元。

每年的运行费用为：能耗+管理人工费

能耗：水 150T/h 单价：0.40元/T

电 2100kW 1元/kW.h

蒸汽 14t/h 60元/t

管理人工费：运行操作人员 12人

维修人员 4人

人工单位 750元/月.人

每年的运行费用（以三个月计）为：

能耗：水 150t/h×0.4元/t×21×8×3=3.024（万元）

电 2100kW×1元/kW.h×21×8×3=105.84（万元）

蒸汽 14 t/h×21×8×3×60元/t=42.336（万元）

管理人工费：16人×750元/月.人×3=3.6（万元）

则：每年的运行费用

30240+1058400+423360+36000=1548000元=154.8（万元）

该项目的设计使用期为10年，则每年分摊投资成本为3000÷10=300万元。如每年使用三个月，则每月分摊为300÷3=100万元。

实际每年分摊总费用为：300+154.8=454.8（万元）

3.1.3 结论

a、从3.1.1和3.1.2的分析，每年的实际利税损失为：

1388-454.8=933.2（万元）

b、投资回报率较高。

49个月即可收回全部投资，余下71个月可创利税约为5521.4万元。

3.1.3 NPV法

考虑资金的时间价值：a、设资金的贴现率为年息13%（以银行5年定期存款利息）；b、每年的现金投入为定值，即运行费+维修费。

根据NPV=A[（1+i）n-1÷i（1+i）n]-P。

式中：A—— 1388+300=1688万元

I——贴现率 13%

Po——一次性投资 3000万元

n——设备运行年限 10年

∴NPV=1688[（1+0.13）10-1÷0.13（1+0.13）10]-3000

=88.4>0

投资可行。

3.2 非定量分析

a、因夏季改善了劳动者的劳动条件和环境，从管理心理学来讲，劳动者的积极性得以提高，工作责任感得以加强，工艺纪律得以提高。零部件的装配质量得以稳定和提高。

b、社会效益巨大。公司投巨资改善职工夏季工作条件，充分体现了公司高度重视劳动者身心健康和劳动条件，从而极大的增强公司的凝聚力。

c、据统计显示。企业工业锅炉在夏季的蒸汽富余量为7吨/小时，该项目的实施，将充分利用富余的蒸汽热能，全部提供给溴化锂制冷机作动力，无余热浪费。很好地发挥电冷联产的节能效益，即可节约大量电力，又可提高蒸汽锅炉的利用率。

d、工业锅炉的满负荷运行有利于降低锅炉的损耗，工业锅在很低的负荷运行下锅炉效率会大大下降，同时也可能造成水循环系统的破坏和燃烧的不稳定性。

4 运行效果

4.1 重庆长安铃木汽车股份公司工位降温系统于九五年投入使用，各系统均达到设计技术要求，运行效果良好。

4.2 长安汽车公司工位降温系统于九六年部分投入试运行，达到设计参数要求，效果良好。

5 结论

5.1 局部工位降温应用到连续作业的生产线且以改善劳动者工作环境为目的是十分必要、可行的，特别是在南方地区更是如此。

5.2 系统设计的理论计算既应用了制冷技术的系统理论，又充分考虑局部送风的独特性和非标准性。实践证明是可行，并且有一定的推广价值。■

参考文献

（1） 《空气调节与制冷设计手册》 第十设计院编

（2） 《建筑工程手册》（工程设计下卷）陈来安、陈永详主编

（3） 《采暖通风与容气调节设计规范》（GB119-8）

推荐访问:富余 蒸汽 冷风 车间 夏季